CN211126433U - 一种基于硼烯二维材料的自启动器件及自启动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于硼烯二维材料的自启动器件，包括光波导以及设置于所述光波导上的硼烯二维材料，所述硼烯二维材料用于调制光波导中传输的光束。该器件包括光波导以及设置于光波导上的硼烯二维材料，光波导中传输的光束经过硼烯二维材料的调制作用，将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光，由此获得脉冲种子源，用于Mamyshev光纤振荡器的自启动过程。该基于硼烯二维材料的自启动器件具有结构简单、无需额外占用过多空间，对现有的Mamyshev光纤振荡器安装该基于硼烯二维材料的自启动器件相对容易、改造成本低等优点。本实用新型还提供了一种自启动装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于硼烯二维材料的自启动器件，本实用新型还涉及一种包括基于硼烯二维材料的自启动器件的自启动装置。
背景技术
Mamyshev光纤振荡器是近年来新型脉冲光纤激光器类型，其主要优点为脉冲输出能量高，脉冲宽度窄，是所以目前所有光纤激光器中性能最优异的脉冲光纤激光器，该类脉冲光纤激光器可广泛应用于工业加工、生物检测、医疗、军事等多个领域。
由于Mamyshev光纤激光器的特殊结构，主要通过两个光栅滤波器对信号进行重构从而起到了等效可饱和吸收体的作用，而且两个滤波器的中心波长相距越远，所获得的的脉冲能量越高，当两个滤波器中心波长没有重合时，可以避免连续波分量的产生，提高最终形成脉冲的稳定性。但同时也导致了Mamyshev振荡器存在一个主要缺陷，即无法实现自启动功能，从而限制了其商业化应用。目前，较为常用的办法通过外部注入一束光谱宽度可以覆盖中心波长的脉冲到Mamyshev光纤振荡器内，使Mamyshev光纤振荡器运作。但此方法需要额外激光器提供脉冲种子源，不仅增加了研发成本，也使得系统变得更加复杂，同时也降低了系统的稳定性。因此，如何实现自启动式Mamyshev光纤振荡器是目前需要突破的技术瓶颈。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种基于硼烯二维材料的自启动器件，通过安装该自启动器件以解决现有Mamyshev光纤振荡器需要借助于额外激光器提供脉冲种子源、研发成本高、系统复杂、系统稳定性低等问题。
本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：
本实用新型提供了一种基于硼烯二维材料的自启动器件，包括光波导以及设置于所述光波导上的硼烯二维材料，所述硼烯二维材料用于调制光波导中传输的光束。
进一步地，所述硼烯二维材料的层数为1～10层。
本实用新型一具体实施方式中，所述光波导为平面反射镜，所述硼烯二维材料设于所述平面反射镜的反射面并附着于平面反射镜。
本实用新型另一具体实施方式中，所述光波导为微纳光纤，所述硼烯二维材料包覆于所述微纳光纤的表面。
本实用新型中，基于硼烯二维材料的自启动器件，硼烯二维材料是一种新型的二维光电材料，具有良好的光电特性，并能够在空气中长期稳定存在，更为关键的是硼烯二维材料具有高损伤阈值、高调制深度、响应时间灵敏等优点，因此，可以将硼烯二维材料旋涂到石英玻璃片上，通过将硼烯二维材料引入到Mamyshev振荡器中，作为Mamyshev光纤振荡器的启动装置。该器件包括光波导以及设置于光波导上的硼烯二维材料，其中，光波导中传输的光束经过硼烯二维材料的调制作用，将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光，由此获得脉冲种子源，用于Mamyshev光纤振荡器的自启动过程。该基于硼烯二维材料的自启动器件具有结构简单、无需额外占用过多空间，对现有的Mamyshev光纤振荡器安装该基于硼烯二维材料的自启动器件相对容易、改造成本低。该基于硼烯二维材料的自启动器件还具有系统稳定性高、操作方便等优点。
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之二在于提供一种自启动装置，通过安装该自启动装置以解决现有Mamyshev光纤振荡器需要借助于额外激光器提供脉冲种子源、研发成本高、系统复杂、系统稳定性低等问题。
本实用新型提供了一种自启动装置，包括上述任一项所述的基于硼烯二维材料的自启动器件。
本实用新型一具体实施方式中，该自启动装置还包括输入反射镜及输出反射镜；
所述输入反射镜用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到所述基于硼烯二维材料的自启动器件；
所述自启动器件借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光调制成脉冲输出光并将脉冲输出光反射至输出反射镜；
输出反射镜用于将所述脉冲输出光返回光循环回路，用于光纤振荡器的自启动过程。
优选地，还包括偏振分光器、空间光隔离器及二分之一波片；
所述非脉冲的输入光与偏振分光器成45°夹角射入偏振分光器，其中，P偏光穿透偏振分光器进入空间光隔离器，进一步传输至二分之一波片并形成第一光束；
其中，所述非脉冲的输入光经偏振分光器反射的S偏光发射至输入反射镜，所述S偏光依次经过基于硼烯二维材料的自启动器件、输出反射镜形成第二光束；
所述第一光束及第二光束耦合成第三光束并返回光循环回路。
优选地，所述输入反射镜为可翻转反射镜；
需要自启动时，所述可翻转反射镜翻转至启动档将所述非脉冲的输入光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件，用于光纤振荡器的自启动过程；
系统进入自启动模式后，所述可翻转反射镜翻转至非启动档，所述非脉冲的输入光无法返回光循环回路。
优选地，系统进入自启动模式后，所述可翻转反射镜翻转至非启动档，所述非脉冲的输入光无法发射至基于硼烯二维材料的自启动器件，进而无法返回光循环回路。
优选地，还包括衍射光栅，所述第一光束及第二光束均传输至衍射光栅并耦合成第三光束。
优选地，所述衍射光栅为600lines/mm的衍射光栅。
优选地，所述输入反射镜及输出反射镜均为银镜。
本实用新型另一具体实施方式中，所述光波导为微纳光纤，所述硼烯二维材料包覆于所述微纳光纤的表面。
优选地，还包括输入光纤及输出光纤。非脉冲的输入光经由输入光纤传输至基于硼烯二维材料的自启动器件，非脉冲的输入光经过基于硼烯二维材料的自启动器件调制后生成脉冲输出光，所述输出光纤将脉冲输出光返回光循环回路。
本实用新型中，自启动装置包括上述任一项所述的基于硼烯二维材料的自启动器件。该器件包括光波导以及设置于光波导上的硼烯二维材料，其中，光波导中传输的光束经过硼烯二维材料的调制作用，将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光，由此获得脉冲种子源，用于Mamyshev光纤振荡器的自启动过程。该自启动装置具有结构简单、无需额外占用过多空间，对现有的Mamyshev光纤振荡器改装相对容易、改造成本低，还具有系统稳定性高、操作方便等优点。
附图说明
图1为本实用新型自启动Mamyshev光纤振荡器的系统模块图；
图2为本实用新型自启动装置的系统模块图；
图3为图2所示基于硼烯二维材料的自启动器件的结构示意图；
图4为另一实施方式基于硼烯二维材料的自启动器件的结构示意图。
具体实施方式
以下所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
本实用新型涉及一种自启动Mamyshev光纤振荡器，该自启动Mamyshev光纤振荡器的自启动功能靠自启动装置实现，该自启动装置为自启动Mamyshev光纤振荡器的组成部分。
第一方面，本实用新型提供一种自启动装置，该自启动装置包括基于硼烯二维材料的自启动器件。硼烯二维材料是一种新型的二维光电材料，具有良好的光电特性，并能够在空气中长期稳定存在，更为关键的是硼烯二维材料具有高损伤阈值、高调制深度、响应时间灵敏等优点，因此，可以将硼烯二维材料旋涂到石英玻璃片上，通过自行设计的光路将硼烯二维材料引入到Mamyshev振荡器中，作为Mamyshev光纤振荡器的启动装置。
第二方面，本实用新型还提供一种基于硼烯二维材料的自启动器件，该器件包括光波导以及设置于光波导上的硼烯二维材料，其中，光波导中传输的光束经过硼烯二维材料的调制作用，将非脉冲的输入光转换成脉冲输出光，由此获得脉冲种子源，用于Mamyshev光纤振荡器的自启动过程。该基于硼烯二维材料的自启动器件及自启动装置具有结构简单、无需额外占用过多空间，对现有的Mamyshev光纤振荡器改装相对容易、改造成本低，还具有系统稳定性高、操作方便等优点。
本实用新型第一方面提供的自启动装置及第二方面提供的基于硼烯二维材料的自启动器件将通过以下实施例进行具体阐述。
实施例1
请参照图1，图1为本实用新型一实施方式提供的自启动Mamyshev光纤振荡器。该自启动Mamyshev光纤振荡器为环形腔结构，包括组成相同的两条光路，即第一光路和第二光路，第一光路与第二光路首尾相连组成循环光回路。其中，第一光路沿光束传播方向包括：第一光纤准直器121、第一泵浦源101、第一泵浦连接器102、第一增益光纤103、第二光纤准直器104、第一偏振分光器105、第一空间光隔离器106、第一二分之一波片107、第一衍射光栅108。第二光路沿光束传播方向包括：第三光纤准直器109、第二泵浦源110、第二泵浦连接器111、第二增益光纤112、第四光纤准直器113、第二偏振分光器114、第二空间光隔离器115、第二二分之一波片116、第二衍射光栅120。其中，自启动装置通过产生脉冲激光种子源，通过将脉冲激光种子源导向循环光回路，实现Mamyshev光纤振荡器的自启动功能。
请参照图2，图2为本实用新型一实施方式提供的自启动装置，本实用新型中的自启动装置设置于第二光路中，在其它实施例中，该自启动装置还可以设置于第一光路中，其连接方式及达到的效果相同。
该自启动装置包括基于硼烯二维材料的自启动器件118、输入反射镜117及输出反射镜119。其中，如图1所示，输入反射镜117用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到基于硼烯二维材料的自启动器件118；基于硼烯二维材料的自启动器件118借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光调制成脉冲输出光，进一步将脉冲输出光反射至输出反射镜119；输出反射镜119将脉冲输出光导向至Mamyshev光纤振荡器的环形腔内结构，使谐振腔进入调Q状态，形成初始脉冲激光，从而使整个Mamyshev振荡器实现自启动，后续即可借助于自启动装置发射的脉冲激光种子源源源不断产生脉冲激光，由此完成光纤振荡器的自启动过程。
在本实施例中，非脉冲的输入光来源于Mamyshev振荡器内部的非脉冲光束，例如可以是连续性光束，采用Mamyshev振荡器内部激发产生的光束充当非脉冲的输入光，省去了单独激发生成光束的复杂工艺、降低系统的复杂性、提高了系统的稳定性的同时简化了操作工序。在其它实施例中，也可以单独添加一个输入光生成系统以生成输入光，进一步借助于自启动装置调制成脉冲输出光并导向至Mamyshev光纤振荡器的环形腔内结构，使谐振腔进入调Q状态，形成初始脉冲激光，从而使整个Mamyshev振荡器实现自启动。
在本实施例中，如图3所示，基于硼烯二维材料的自启动器件118包括反射镜1181以及设置于反射镜1181上的硼烯二维材料1182。具体的实施方式中，取含有硼烯二维材料的溶液滴加在平面反射镜1181的反射面、干燥，使硼烯二维材料附着在平面反射镜1181的表面，即制得基于硼烯二维材料的自启动器件118。在具体操作中，硼烯二维材料1182附着于反射镜1181上，非脉冲的输入光发射至硼烯二维材料1182上并经过反射镜1181反射输出，在光束的反射光路上经过硼烯二维材料1182的调制作用转换成脉冲光束。
作为优选的实施方式，硼烯二维材料1182的层数为1～10层，具有相似的调制作用。1～10层的硼烯二维材料1182能够确保将非脉冲的输入光调制成脉冲输出光。
作为优选的实施方式，反射镜1181包括银镜基底，银镜基底包括石英玻璃层及银层，其中，硼烯二维材料1182设于石英玻璃层上。光束射到自启动器件118上时穿过硼烯二维材料1182实现调制功能，同时借助于反射镜1181将脉冲输出光反射出去，实现光束的耦合。
作为优选的实施方式，如图1和2所示，非脉冲的输入光(Input)与第二偏振分光器114成45°夹角射入第二偏振分光器114，其中，P偏光(水平光路)穿透第二偏振分光器114进入第二空间光隔离器115，进一步传输至第二二分之一波片116并形成第一光束，第一光束发射至第二衍射光栅120。此时的第一光束仍然是非脉冲光束。非脉冲的输入光(Input)经第二偏振分光器114反射的S偏光(竖直向下的光路)发射至输入反射镜117，输入反射镜117进一步将S偏光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件118，S偏光依次经过基于硼烯二维材料的自启动器件118、输出反射镜119形成第二光束，输出反射镜119将第二光束发射至第二衍射光栅120。此时的第二光束为脉冲光束。经过衍射光栅120后，第一光束及第二光束耦合成第三光束并返回光循环回路，完成自启动过程。由此，仅需将Mamyshev光纤振荡器腔内的光束引出并通过自启动装置进行调制，最后将调制后的脉冲光束返回管循环回路即可，无须额外提供光束源，节约成本，进一步简化Mamyshev光纤振荡器的结构。
作为优选的实施方式，如图2所示，输入反射镜117为可翻转反射镜，其至少包括一个启动档2以及非启动档1。需要自启动时，可翻转反射镜翻转至启动档2并将非脉冲的输入光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件118，用于光纤振荡器的自启动过程。系统进入自启动模式后，将可翻转反射镜翻转至非启动档1，非脉冲的输入光无法通过输入反射镜117、基于硼烯二维材料的自启动器件118及输出反射镜119返回光循环回路。在本实施例中，通过设置可翻转反射镜，使得系统进入自启动模式后的光束无法到达基于硼烯二维材料的自启动器件118，具有保护基于硼烯二维材料的自启动器件118的作用。
作为优选的实施方式，可翻转反射镜翻转至启动档2时，该Mamyshev振荡器实现自启动，脉冲激光的阈值为300毫瓦。
作为优选的实施方式，输入反射镜117及输出反射镜119均为银镜，第一衍射光栅108及第二衍射光栅120均为600lines/mm的衍射光栅。
作为优选的实施方式，第二衍射光栅120的中心波长为1035nm，第一衍射光栅108的中心波长为1025nm，激光器工作的中心波长为1030nm。
作为优选的实施方式，第一增益光纤103及第二增益光纤112均为掺镱光纤，长度为3.2米，群速度色散为32fs2/km。
作为优选的实施方式，第一空间光隔离器106及第二空间光隔离器115均为偏振相关隔离器，用于保证激光在环形腔内单向传输。
作为优选的实施方式，第一偏振分光器105及第一偏振分光器114的输出比均为30％，第一二分之一波片107及第二二分之一波片116用于保证输出脉冲能量最大化，环形Mamyshev光纤振荡器的总长度为10米。
在本实施例中，该Mamyshev光纤振荡器为1064nm波段的Mamyshev光纤振荡器。除了1064nm波段的Mamyshev光纤振荡器，该自启动装置还可对有明显光响应的任意波段的Mamyshev光纤振荡器进行自启动。除了Mamyshev光纤振荡器，该自启动装置还可对不同的Mamyshev光纤振荡器，例如Mamyshev固体光纤振荡器，Mamyshev半导体光纤振荡器等实现自启动。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于：基于硼烯二维材料的自启动器件的结构有所不同。请参考图4，基于硼烯二维材料的自启动器件包括光波导以及设置于所述光波导上的硼烯二维材料1182，具体地，光波导为微纳光纤1183，硼烯二维材料1182包覆于微纳光纤1183的表面。当非脉冲的输入光在微纳光纤中传输时，光束与微纳光纤1183表面的硼烯二维材料1182作用，进而被调制成脉冲输出光，同样具有自启动的功能。
作为优选的实施方式，还包括输入光纤及输出光纤。非脉冲的输入光经由输入光纤传输至基于硼烯二维材料的自启动器件118，非脉冲的输入光经过基于硼烯二维材料的自启动器件118调制后生成脉冲输出光，输出光纤将脉冲输出光返回光循环回路，达到自启动的目的。由此，通过设置输入光纤及输出光纤取代实施例1中的输入反射镜及输出反射镜，确保光束沿着既定的路径传输，防止光损耗。
在本实施例中，制备基于硼烯二维材料的自启动器件时，可以将含有硼烯二维材料的溶液滴加在微纳光纤1183的表面，通过自然风干的方式进行干燥，制得基于硼烯二维材料的自启动器件118(即可饱和吸收体)。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于硼烯二维材料的自启动器件，其特征在于，包括光波导以及设置于所述光波导上的硼烯二维材料，所述硼烯二维材料用于调制光波导中传输的光束。
2.如权利要求1所述的基于硼烯二维材料的自启动器件，其特征在于，所述硼烯二维材料的层数为1～10层。
3.如权利要求1所述的基于硼烯二维材料的自启动器件，其特征在于，所述光波导为平面反射镜，所述硼烯二维材料设于所述平面反射镜的反射面并附着于平面反射镜。
4.如权利要求1所述的基于硼烯二维材料的自启动器件，其特征在于，所述光波导为微纳光纤，所述硼烯二维材料包覆于所述微纳光纤的表面。
5.一种自启动装置，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的基于硼烯二维材料的自启动器件。
6.如权利要求5所述的自启动装置，其特征在于，还包括输入反射镜及输出反射镜；
所述输入反射镜用于接收非脉冲的输入光并将非脉冲的输入光反射到所述基于硼烯二维材料的自启动器件；
所述自启动器件借助于硼烯二维材料将非脉冲的输入光调制成脉冲输出光并将脉冲输出光反射至输出反射镜；
输出反射镜用于将所述脉冲输出光返回光循环回路，用于光纤振荡器的自启动过程。
7.如权利要求6所述的自启动装置，其特征在于，还包括偏振分光器、空间光隔离器及二分之一波片；
所述非脉冲的输入光与偏振分光器成45°夹角射入偏振分光器，其中，P偏光穿透偏振分光器进入空间光隔离器，进一步传输至二分之一波片并形成第一光束；
其中，所述非脉冲的输入光经偏振分光器反射的S偏光发射至输入反射镜，所述S偏光依次经过基于硼烯二维材料的自启动器件、输出反射镜形成第二光束；
所述第一光束及第二光束耦合成第三光束并返回光循环回路。
8.如权利要求7所述的自启动装置，其特征在于，所述输入反射镜为可翻转反射镜；
需要自启动时，所述可翻转反射镜翻转至启动档将所述非脉冲的输入光反射至基于硼烯二维材料的自启动器件，用于光纤振荡器的自启动过程；
系统进入自启动模式后，所述可翻转反射镜翻转至非启动档，所述非脉冲的输入光无法返回光循环回路。
9.如权利要求7所述的自启动装置，其特征在于，还包括衍射光栅，所述第一光束及第二光束均传输至衍射光栅并耦合成第三光束。
10.如权利要求7所述的自启动装置，其特征在于，所述输入反射镜及输出反射镜均为银镜。
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2020
- 2020-01-13 CN CN202020058754.3U patent/CN211126433U/zh not_active Expired - Fee Related
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